《bx发动机原理》PPT课件.ppt

1 内燃机原理 发动机的换气过程 2 四行程发动机的换气过程 换气过程:排出废气充入新气的全过程 周期性的非稳态流动的过程 从“量”方面影响动力性和经济性(进气量) 换气过程的目的: 最大限度地吸入新鲜充量 最小的换气损失 各缸进气的均匀性 在缸内形成合理的流场，以控制混合气的形成和燃烧 3 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.配气相位对发动机性能的影响 4.四行程发动机的充气效率v及影响因素 5.减少进气系统的阻力 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8. 二行程发动机的换气过程 （1）换气过程包括从排气门开启到进气门关 闭的整个时期，约占曲轴转角410480。 换气系统：进气系统+燃烧室+排气系统； 进气提前角040 进气迟闭角2060 排气提前角3080 排气迟闭角1035 自然吸气式发动发动 机的配气定时时 4 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.配气相位对发动机性能的影响 4.四行程发动机的充气效率v及影响因素 5.减少进气系统的阻力 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8. 二行程发动机的换气过程 （2）换气过程分期 排气过程（占240 260曲轴转角） 自由排气阶段 （超临界、亚临界）： 1/3 下止点后10 30曲轴转角结束，排出60的废气 强制排气阶段：2/3 进气过程： （占230 260曲轴转角） 进气门提前打开为了保证活塞下行时有足够大 的开启面积 核心问题是充气效率v 气门重叠过程：（占0 80曲轴转角） 进、排气门同时开启 可以利用气流的压差、惯性或进、排气管压力 波，清除残余废气。 5 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.配气相位对发动机性能的影响 4.四行程发动机的充气效率v及影响因素 5.减少进气系统的阻力 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8. 二行程发动机的换气过程 X Y d w Y排气泵气损失 X进气泵气损失 W自由排气损失（排气门提 前打开引起的膨胀功的损失） 换气损失=泵气损失+膨胀损失 =排气损失+进气损失 6 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.配气相位对发动机性能的影响 4.四行程发动机的充气效率v及影响因素 5.减少进气系统的阻力 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8. 二行程发动机的换气过程 7 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.配气相位对发动机性能的影响 4.四行程发动机的充气效率v及影响因素 5.减少进气系统的阻力 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8. 二行程发动机的换气过程 配气相位影响充气效率 ， 也影响循环的热效率 8 气门重叠时的进排气过程 9 （1）充气效率是实际进入气缸的容积的新 鲜工质的量与进气状态下充满气缸工作容 积的新鲜工质的量的比值 v= m1/ms=V1/Vs (2)影响充气效率的因素 进气终了压力pa Pa v 进气终了温度Ta Ta v 残余废气系数 v 配气定时 压缩比 v 进气状态 Ps Pa v 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.配气相位对发动机性能的影响 4.四行程发动机的充气效率v及影响因素 5.减少进气系统的阻力 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8. 二行程发动机的换气过程 10 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力 5.进排气管动态效应 6.可变技术 7. 二行程发动机的换气过程 减少各段通路的阻力，增大流通能力，是 提高v，改善发动机性能的主要方向。进 气系统的阻力不仅影响充气效率v，也影 响换气损失，从而影响发动机的输出功率 。 一、进气门 1、提高进气门的时面值fdt 转速n提高,时面值降低,dt内通过气门的气体流量 减少 2、进气马赫数M a Ma 0.5后， v会急速下降 因为：虽然平均流速未达到音速，但 某些小升程段的流速已接近“壅塞” 进气马赫数是进气门处气体的平均速度与该处声 速的比值 平均流速定义为：实际进入气缸的新鲜 充量与进气门有效时面值之比。 在正常的配气条件下，当Ma超过一定数值 (05左右)时，充气效率便急剧下降 14 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力 5.进排气管动态效应 6.可变技术 7. 二行程发动机的换气过程 3、气门直径ds和气门数 增大气门直径可扩大气流通路截面积 多气门结构可大幅度增加进气体积流量 Ds v 15 17 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8.二行程发动机的换气过程 4、气门升程 5、减少气门处的流动损失 二、进气道和进气管 管壁光滑，避免转弯、截面突变，保证有 足够的流通面积，提高充气效率。 流动损失与燃油雾化的矛盾（化油 器或单点电喷汽油机） 流动损失与缸内涡流比的矛盾（柴 油机和GDI汽油机） 柴油机上，还要求气流通过进气道在气缸 中形成涡流，改善混合气的形成和燃烧。 三、空气滤清器 在保证滤清效果的前提下，尽可能减小阻 力；使用低阻高效的滤清器，及时换芯 在惯性力允许条件下 使气门开闭得尽可能 快，从而增大时面值 ，提高通过能力 19 综合提高气门处流通能力的措施 21 1、基本概念 在液压传动中，能量损失主要表现为压 力损失 ，压力损失分为两类：沿程压力损失和局部压 力损失 2、沿程压力损失： 油液沿等直径直管流动时所产生 的压力损失，这类压力损失是由液体流动时的内、外 摩擦力所引起的。 3、局部压力损失： 是油液流经局部障碍（如弯管、 接头、管道截面突然扩大或收缩）时，由于液流的方 向和速度的突然变化，在局部形成旋涡引起油液质点 间，以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产 生的压力损失。 22 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8.二行程发动机的换气过程 D2的进气晚关角D1的进气晚关角 23 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8.二行程发动机的换气过程 动态效应定义: 由于进排气的流动过程 是典型的不稳定（ 不定常）流动,使得进排气门处的压力和流 速不断改变,从而对充气效率、排气流速及 各缸进排气不均匀有影响. 管道中压力波传播的基础知识： 压力波传播的速度就是该介质状态下的 音速 ，若管道中某点在压力波传到时 已具有流速v,则压力波面的传播速度为 c= v ; 压力单波传到之处，其效果是使该处压 力上升者叫密波，或压缩波；反之，为 疏波，或膨胀波； 开口端出现全负反射，即反射波性质与 来波相反，而幅值相同；封闭端出现全 正反射，即反射波性质及幅值与来波完 全相同。 24 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8.二行程发动机的换气过程 单缸机进气管动效应的利用 本循环压力波的动态效应(惯性 效应) 设进气门开启时间为ts,压力波传播 周期为t=2L/ a)t ts时,反射波对进气无影响 b)t ts时,反射波在进气后期到 达气门口时, v提高 进气门处的压力 25 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8.二行程发动机的换气过程 管长L与转速n要合理匹配;L太长,对v没有影响 ;太短,多次返回的密波和疏波相互抵消,影响不 大. 26 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8.二行程发动机的换气过程 上循环(波动效应) 不同频比q时,气门口相邻两循环间上一 循环压力波的波形. 当q=1,2,正整数时,正巧本循环进气 之初,上循环的殘余负波到达,故对v不 利;当q=1.5,2.5时,循环的殘余正波 到达,故对v有利. 27 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8.二行程发动机的换气过程 结论： 频率比q一定时，管长与转速成 反比。即：高速时所需进气管短 ，低速时所需进气管长。 据此原理的可变技术可变进 气管长度技术 28 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8.二行程发动机的换气过程 可变进气管长度技术 当发动机在2000转左右时电脑控制进气管长度控制 阀关闭，让空气先流经螺旋形状的长进气管后再进 入汽缸，此时为长进气管状态 当发动机转速上升到5000转时，进气管 长度控制阀打开，让空气不经螺旋管道 而直接进入到汽缸，此时为短进气管状 态。 29 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8.二行程发动机的换气过程 可变进气歧管截面积技术 可变进气歧管截面积技术也是为了发动机 低转速时提高缸内负压而设计的可变机构 . 在发动机高转速时使用较大的进气歧管截 面积提高进气流量；在发动机低转速时使 用较小的进气歧管截面积，提高汽缸的进 气负压，也能在汽缸内充分形成涡流，让 空气跟汽油更好的混合 30 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8.二行程发动机的换气过程 可变气门定时机构 凸轮相位可变 High-rpm lobe 31 VVTi.系统是丰田公司的智能可变气门正时系统的英文缩写，最新款的丰田轿车的发动机已普遍安 装了VVTi系统。丰田的VVTi系统可连续调节气门正时，但不能调节气门升程。它的工作原理是 ：当发动机由低速向高速转换时，电子计算机就自动地将机油压向进气凸轮轴驱动齿轮内的小涡轮 ，这样，在压力的作用下，小涡轮就相对于齿轮壳旋转一定的角度，从而使凸轮轴在60度的范围内 向前或向后旋转，从而改变进气门开启的时刻，达到连续调节气门正时的目的。 丰田VVTL-i引擎全名是Variable Valve Timing & Lift Intelligent,它跟VVT-i是不同的,VVT-i目前已经普 遍被丰田或雷克萨斯的车款所使用,从最高级的LS430,GS300,IS200到最平民的花冠身上都已经广泛地 运用到这项科技,而2000年发表的全新一代Celica则进一步地使用VVTL-i引擎。在原来的VVT-i引擎上 的凸轮轴,加了可以切换大小不同角度的凸轮,利用“摇臂“机构来决定是否顶到高角或小角度的凸轮,而 作到“可连续式“地改变引擎的正时,相位与“两段式“的气门升程。 32 从上图中可以看到，两个进气气门摇臂中间还有一个特殊的摇臂，它对应的是凸轮轴上的一个高角度凸轮， 而在发动机低转速时两个进气摇臂和这个特殊摇臂是分离的、互无关系，进气摇臂只由低角度凸轮驱动，因 此进气气门打开的升程较小，这有助于提高低转速时的燃油经济性。但当发动机达到一定转速时，由电子液 压控制的连杆会将两个进气摇臂和那个特殊摇臂连接为一体，此时三个摇臂就会同时被高角度凸轮驱动，而 气门升程也会随之加大，单位时间内的进气量更大，从而发动机动力更强。 33 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8.二行程发动机的换气过程 可变气门升程 34 车载电脑根据当前的发动机 转速来决定螺套的所在位置 ，黑色的直流马达就是用来 驱动螺套的。而螺套由一根 连杆与控制杆相连，螺套的 横向移动可以带动控制杆转 动，控制杆转动时上面的摇 臂随之转动，而摇臂又与link B（连杆B）相连，摇臂逆时 针转动时就会带动link B去顶 气门挺杆上端的输出凸轮， 最后输出凸轮就会顶起气门 来改变气门升程。 这套VVEL连续可变气门升 程系统在一定范围内（这个 范围的大小由螺杆的长度和 输出凸轮的角度来决定）可 实现无级连续调节，针对不 同的发动机转速都有相应的 气门升程， 35 37 Sarich 3 cylinder two-stroke engine 38 39 二行程发动机的换气过程 40 曲轴箱扫气扫气泵扫气 41 进排气重叠（扫气）期占7080，换气持续时间短，残余 废气系数大,且有大量新气流失； 有效膨胀行程小，扫气耗能大，指示热效率i小； 变工况时易偏离优化匹配状态,故变工况时性能差； 排放性能（HC）差。 有扫、排气孔，润滑困难，机油消耗大 热负荷高，冷却困难，易出再活塞顶局部过热、排气口过热 等现象 动力性能只增大5070，燃油消耗率高2030。 二冲程与四冲程的差别： 42 1.四行程发动机的换气过程 2.换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时 6.进排气管动态效应 7.可变技术 8.二行程发动机的换气过程 43 换气质量指标： （1）扫气效率：换气结束时，留在气缸内新 鲜充量的质量mo与缸内工质总质量mg之比。 反映扫气质量的好坏。 （2）过量扫气系数：每循环由扫气孔流出的 新鲜充量的质量mt与按大气状态下充满气缸工作容积Vs的新气质量ms 之比。 反映每循环耗气量的多少。 （3）充气效率 反映了整个进气过程组织的好坏。 （4）给气效率 换气后留在缸内的新气质量mo与每循环供给的新气质量mt之比，说明 了新气流失量的多少。 44 两冲程小型汽油机常用于外置，高功率，低排量的摩托车、助力车、 踏板车、卡丁车，以及一些园林用机器上，例如割草机、电锯等等。因为 设计简单、成本低、比功率高。 二冲程发动机的最大缺点：进气跟排气要在同时进行，废气中可能会含有 未燃烧的燃料，造成燃油浪费及空气污染。且两冲程的发动机是使用已经 混合好适当润滑油的两冲程专用燃料，以此来进行发动机机件的润滑，而 此类润滑物质通常难以完全燃烧，污染较严重，故现在汽车发动机已少采 用两冲程设计，部份发达国家已经开始限制摩托車和各类手持装置使用两 冲程发动机。 市面上仍然存在很少数的两冲程柴油发动机系統。在柴油发动机的域中， 通常只有很大排量的动力系统，例如大型海事用发动机或是卡车和重型工 程机具动力系统，才会见到二冲程的设计，它们的共同特点是